波长转换装置
阅读：108发布：2020-05-12
专利汇可以提供波长转换装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了 波长 转换装置，所述波长转换装置包括： 散热 基板 ，所述散热基板呈圆盘形状；至少一个波长转换模 块 ，所述至少一个波长转换模块位于所述散热基板的受光表面；并且所述散热基板具有中心对称的阶梯结构，并且所述至少一个波长转换模块分别以圆环形状设置在所述阶梯结构的相应的台阶面上。本发明能够提供散热性能、 稳定性 和使用寿命均得到改善的波长转换装置。，下面是波长转换装置专利的具体信息内容。
1.一种波长转换装置，包括：
散热基板，所述散热基板呈圆盘形状；
至少一个波长转换模块，所述至少一个波长转换模块位于所述散热基板的受光表面；
其特征在于，所述散热基板具有中心对称的阶梯结构，并且所述至少一个波长转换模块分别以圆环形状设置在所述阶梯结构的相应的台阶面上。
2.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板的所述受光表面从外向内以阶梯状的形式逐渐凹入。
3.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板的所述受光表面从外向内以阶梯状的形式逐渐凸起。
4.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板的所述受光表面从外向内以阶梯状的形式逐渐凹入再逐渐凸起，使得所述散热基板具有W形横截面；
或者，所述散热基板的所述受光表面从外向内以阶梯状的形式逐渐凸起再逐渐凹入，使得所述散热基板具有W形横截面。
5.如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括驱动马达，所述驱动马达位于所述散热基板的与所述受光表面相对的非受光表面的中心位置处，所述驱动马达驱动所述波长转换装置绕中心旋转。
6.如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置包括多个波长转换模块，并且所述多个波长转换模块按照发热量从小到大的顺序由内向外依次布置。
7.如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换模块的宽度等于所述阶梯结构的相应的所述台阶面的宽度。
8.如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板的所述阶梯结构的各所述台阶面的宽度是相同的或者不同的。
9.如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板的所述非受光背面设置有散热鳍片，所述散热鳍片的位置与所述波长转换模块的位置相对应。
10.如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板的所述阶梯结构的各台阶侧壁设置有多个散热孔和/或额外散热鳍片。
波长转换装置
技术领域
[0001] 本发明涉及图像显示领域，更加具体地，涉及一种波长转换装置。
背景技术
[0002] 近年来，随着科技不断发展，人们对图像显示设备的要求越来越高。激光光源成为其中最有发展潜力的技术研究方向之一。在激光光源的技术领域中，通常采用具有荧光色轮机构的波长转换装置。其中，荧光色轮在马达的驱动下绕中心轴旋转，作为激发光的激光汇聚并照射至荧光色轮表面以涂敷等方式设置的荧光粉材料层，使得荧光粉材料受激发而发出所需颜色的荧光。
[0003] 图1示出了现有技术中的具有荧光色轮机构的波长转换装置的结构简图。其包括散热基板100、驱动马达200和发光层300。散热基板100具有圆形表面，用于发出不同颜色的荧光的发光层300以圆弧或扇形形状涂敷在散热基板的表面上，驱动马达200设置于散热基板100的背面的中心，驱动整个装置绕圆心旋转。
[0004] 为了获得高质量的显示图像，小至便携微型投影仪，大到影院放映机，都在不断的提高光源的亮度，高亮度的显示仪器是以后显示行业发展的必然趋势。然而，随着亮度的不断增加，势必会提高光源的功率。在使用高功率激光光源的情况下，图1中所示的具有荧光色轮机构的波长转换装置的散热性能不佳，影响了装置的稳定性和使用寿命。
发明内容
[0005] 针对上述问题，本发明期望提供一种能够提高散热性能、稳定性和使用寿命的波长转换装置。
[0006] 根据本发明的实施例提供了一种波长转换装置，包括：散热基板，所述散热基板呈圆盘形状；至少一个波长转换模块，所述至少一个波长转换模块位于所述散热基板的受光表面；所述散热基板具有中心对称的阶梯结构，并且所述至少一个波长转换模块分别以圆环形状设置在所述阶梯结构的相应的台阶面上。
[0007] 优选地，所述波长转换装置还包括驱动马达，所述驱动马达位于所述散热基板的与所述受光表面相对的非受光表面的中心位置处，所述驱动马达驱动所述波长转换装置绕中心旋转。
[0008] 优选地，所述散热基板的所述受光表面可以从外向内以阶梯状的形式逐渐凹入。可替代地，所述散热基板的所述受光表面可以从外向内以阶梯状的形式逐渐凸起。可替代地，所述散热基板的所述受光表面从外向内以阶梯状的形式逐渐凹入再逐渐凸起，使得所述散热基板具有W形横截面。可替代地，所述散热基板的所述受光表面从外向内以阶梯状的形式逐渐凸起再逐渐凹入，使得所述散热基板具有W形横截面。
[0009] 优选地，所述波长转换装置包括多个波长转换模块，并且所述多个波长转换模块按照发热量从小到大的顺序由内向外依次布置。
[0010] 优选地，所述波长转换模块的宽度等于所述阶梯结构的相应的所述台阶面的宽度。
[0011] 优选地，所述散热基板的所述阶梯结构的各所述台阶面的宽度是相同的或者不同的。
[0012] 优选地，所述散热基板的所述非受光背面设置有散热鳍片，所述散热鳍片的位置与所述波长转换模块的位置相对应。
[0013] 优选地，所述散热基板的所述阶梯结构的各台阶侧壁设置有多个散热孔或者额外散热鳍片。
[0014] 如上所述，根据本发明的至少具有如下优势：
[0015] 1.通过设置阶梯状散热基板，增大了散热表面积，使得波长转换装置的散热性能大幅提高；
[0016] 2.通过在阶梯状的散热基板的不同的环状阶梯部针对性地设置不同颜色的荧光粉层，能够避免不同荧光粉层的发热的相互影响；
[0017] 3.不同颜色的荧光粉层均被设置为同心圆环形状，增大了各波长范围的荧光粉层的被激光照射时间，提高了装置的发光效率。
[0018] 4.优选地，通过额外地设置散热鳍片和散热孔，能够进一步提高散热性能。
[0019] 5.优选地，通过使圆盘状的散热基板具有非受光表面的中心部分逐渐凹入的阶梯结构，能够保持装置的小型化。
[0021] 图1的a和b分别是示出了现有技术中的波长转换装置的结构的侧视图和俯视图；
[0022] 图2示出了根据本发明的实施例的波长转换装置的侧视图；
[0023] 图3示出了根据本发明的实施例的波长转换装置的俯视图；
[0024] 图4示出了根据本发明的实施例的波长转换装置的变型例的侧视图；
[0025] 图5示出了根据本发明的另一实施例的波长转换装置的结构概要的侧视图；
[0026] 图6示出了根据本发明的另一实施例的波长转换装置的变型例的侧视图；
[0027] 图7示出了根据本发明的又一实施例的波长转换装置的变型例的侧视图。
具体实施方式
[0028] 下面，将参照附图详细说明根据本发明的各具体实施例。需要强调的是，附图中的所有尺寸仅是示意性的并且不一定是按照真实比例图示的，因而不具有限定性。例如，应当理解，图示出波长转换装置结构中各部件的厚度、形状、大小等并不是按照实际的尺寸和比例示出的，仅是为了图示方便。
[0029] 根据本发明的波长转换装置至少包括散热基板和波长转换模块。进一步，还包括有驱动马达。驱动马达和波长转换模块分别设置在散热基板的两侧。驱动波长转换装置绕圆心旋转。例如，驱动马达可以设置在散热基板的中心位置处。可以理解，本领域中采用了驱动马达的波长转换装置也称为色轮，本发明中对此不做详细区分，应当视为包括在本发明中。
[0030] 散热基板
[0031] 散热基板具有圆盘形状，且散热基板的径向横截面具有中心对称的台阶结构。换言之，散热基板具有多级台阶面，每个台阶面具有圆环形状。散热基板例如可以是陶瓷基板、金属基板或者陶瓷金属混合基板。散热基板承载波长转换模块并作为波长转换模块的散热结构。陶瓷基板为氧化铝基板、蓝宝石基板、氮化铝基板、氮化硅基板、碳化硅基板或氮化硼基板等。这些陶瓷材料的热导率在80W/(m·K)以上，且熔点基本上在1000℃以上，因此它们在实现导热散热的同时，还可以耐受较高的温度。金属基板包括例如铜基板、铜合金基板、铝基板。陶瓷金属混合基板包括例如铝-氮化铝基板。
[0032] 波长转换模块
[0033] 波长转换模块直接或间接地固定在散热基板上，数量可以为一个或多个。各波长转换模块设置在散热基板的各级圆环状的台阶面上，并且也具有相对应的圆环形状。各波长转换模块例如可以具有至少包括发光层和漫反射层的多层层叠结构。例如，在散热基板上，依次层叠有漫反射层和发光层。
[0034] 发光层可以包含发光材料和粘结剂。其中发光材料包括荧光粉、量子点等，用于吸收具有一定波长的光(例如，激光)，然后出射另一种波长的光；粘结剂可以包括硅胶、树脂等有机粘结剂，还可以包括玻璃等无机粘结剂，还可以包括透明陶瓷粘结剂。可替代地，发光层可以为荧光陶瓷。发光层中发光材料的不同会导致其吸收光谱和发射光谱的不同。对于用于发出不同波长的光的不同波长转换模块，需要不同的特定发光材料。例如，对于绿色段波长转换模块，荧光材料可选为绿色荧光粉，如LuAG(镥铝石榴石)荧光粉；对于黄色段波长转换模块，荧光材料可选为黄色荧光粉，如YAG(钇铝石榴石)荧光粉；对于红色段波长转换模块，荧光材料可选为红色荧光粉。
[0035] 漫反射层例如包含散射颗粒和粘结剂。散射颗粒为漫反射层中具有反射功能的颗粒，而粘接剂用于粘结散射颗粒以形成漫反射层。其中散射颗粒通常表观为白色粉末/颗粒，为盐类、氧化物或氮化物粉末，包括例如氧化铝、二氧化钛、氮化铝、氧化镁、氮化硼、氧化锌、氧化锆、硫酸钡等超白单体粉末颗粒，或者至少两种以上粉末颗粒的混合体，用于对光进行散射/反射。此外，这些散射材料基本上不会对光进行吸收，并且性质稳定，不会在高温下氧化或分解。粘结剂可以包括硅胶、树脂等有机粘结剂，还可以包括玻璃等无机粘结剂。对于有机粘结剂，直接将散射颗粒与有机粘接剂混合后加热即可获得漫反射层。对于无机粘结剂，需要将散射颗粒与粘结剂按比例混合后烧结才能得到漫反射层。
[0036] 发光层的波长转换功能导致其本身产生热量，而且无论其中的粘结剂使用硅胶/树脂、玻璃还是陶瓷颗粒，这些材料的散热性能都不佳。在工作状态下，发光层中的热量积累会导致温度上升，影响发光材料的活性，进而导致发光层的发光效率下降。因此，漫反射层还起到将热量从发光层传递到散热基板的导热件的作用，使热量能够从散热基板及时散出，不会形成热量聚集。
[0037] 在根据本发明的波长转换装置中，由于散热基板具有阶梯结构，其散热面积远大于相同直径的平面圆盘状散热基板的散热面积，因此具有更加优良的散热性能。
[0038] 在现有技术中，各波长转换模块在散热基板上通常被刷涂为相邻的扇形或圆弧形。因此，当某个波长转换模块中的发热量大时，从该模块传导出的热量也会影响相邻的其它模块的散热。在根据本发明的波长转换装置中，各波长转换模块以圆环形状设置在阶梯状的散热基板的各级台阶面上。因此，能够降低发热量较大的波长转换模块对相邻其它波长转换模块的影响。此外，当波长转换装置(色轮)旋转时，散热基板处于外圈的部分相对于散热介质(例如，空气)的线速度更大，因此具有更好的散热性能。因此，在根据本发明的波长转换装置中，可以根据各波长转换模块的发热量大小来确定各波长转换模块的设置位置。例如，由于发出荧光的波长越长，发光层的热效应越明显，因此可以将发出更长波长的荧光的波长转换模块设置在散热基板的更外圈位置，从而使整个装置整体上具有更好的散热效果。换言之，可以将多个波长转换模块按照其发热量从小到大的顺序由内向外依次布置。
[0039] 此外，由于本发明的波长转换装置中的各波长转换模块均设置为圆环状，因此在其旋转的过程中，能够根据需要任意设置和调整各波长转换模块的被激发光照射的时间，由此提高了激发光的利用效率并提高了整个装置的光效。示例性的，在将波长转换效率最低的(也即热效应最强的)发出红光的波长转换模块设置于最外圈的位置的情况下，一方面，相比于现有方案的扇形分段设置方式具有更大的波长转换角度(即，整个圆环)，同时最外圈也具有更大面积的转换区域，在不降低红光整体发光功率的情况下减小了单位面积荧光材料的功率，减弱了单位面积荧光材料的发热量，提高了单位面积的发光效率，降低了荧光材料失效(热猝灭)的风险，提高了可靠性；另一方面，波长转换装置最外圈具有更高的线速度，提高了散热效率，也降低了荧光材料失效(热猝灭)的风险，保证了可靠性。同理，其它颜色的波长转换模块也同样适用。
[0040] 下面将参照附图说明根据本发明的波长转换装置的具体实施例。
[0041] 第一实施例
[0042] 图2示出了根据本发明的第一实施例的波长转换装置的侧视图。图3示出了根据本发明的第一实施例的波长转换装置的俯视图。
[0043] 如图2和图3所示，根据本实施例的波长转换装置包括散热基板10、驱动马达20和波长转换模块30。散热基板10例如是氮化铝基板。驱动马达20设置在散热基板10的非受光表面(也被称为“背面”)的中心位置处，波长转换模块30设置在散热基板10的受光表面(也被称为“正面”)。散热基板10整体上呈圆盘形状，并且具有正面从外向内逐渐凹入且背面从外向内逐渐凸起的中心对称的阶梯结构。波长转换模块30设置在阶梯状的散热基板10的台阶面上，并具有相应的圆环形状。图2和图3示出了设置有3个波长转换模块30的示例。在此情况下，例如，最外侧的波长转换模块30可以是发出红光的红色波长转换模块，中间的波长转换模块30可以是发出绿光的绿色波长转换模块，最内侧的波长转换模块30可以是发出蓝光的蓝色波长转换模块。
[0044] 应当理解的是，波长转换模块30的数量和排布顺序不限于此，而是可以根据需要任何设置。例如，也可以在不同的台阶面上设置相同颜色的波长转换模块。此外，虽然附图中图示的各台阶面的宽度是相同的，但各台阶面的宽度及其设置在其上的波长转换模块30的刷涂宽度也可以根据需要任意设定。换言之，不同台阶面的宽度可以相同，也可以不相同，并且与之对应的，不同波长转换模块的宽度也可以相同或不同。此外，如图2和图3中所示，波长转换模块30的设置宽度小于散热基板10的相应的台阶面的宽度，但显然也可以将波长转换模块30的设置宽度设置为等于散热基板10的相应的台阶面的宽度。在此情况下，在图3的俯视图中，除了最内圈的台阶面之外，散热基板10的正面将被各波长转换模块30覆盖。
[0045] 图4示出了根据本发明的第一实施例的波长转换装置的变型例。如图4所示，在散热基板10的背面的与波长转换模块30相对的位置处设置有散热鳍片40。散热鳍片40进一步增加了散热基板10与散热介质(例如，空气)的接触面积，从而能够提高散热效率。
[0046] 第二实施例
[0047] 图5示出了根据本发明的第二实施例的波长转换装置的侧视图。根据本实施例的波长转换装置包括散热基板11、驱动马达20和波长转换模块30。为了图示方便，图5中仅示出了两个波长转换模块30。根据本实施例的波长转换装置与图2所示的第一实施例的波长转换装置的区别在于：散热基板11具有受光表面(正面)从外向内逐渐凸起并且非受光表面(背面)从外向内逐渐凹入的中心对称的阶梯结构。
[0048] 由于波长转换装置需要设置用于驱动旋转的驱动马达，且驱动马达通常设置在散热基板的背面，因此波长转换装置的整体厚度包括了驱动马达的厚度。在根据本发明的第一实施例的波长转换装置中，由于圆盘形的散热基板10的背面从外向内逐渐凸起，因此整个波长转换装置的厚度(即，在图2的左右方向上的总厚度)等于驱动马达20的厚度与阶梯状的散热基板10的各级台阶高度之和。因此，相对于具有平面圆盘散热基板的波长转换装置，根据本发明的第一实施例的波长转换装置的厚度可能增大。然而，在根据本发明的第二实施例的波长转换装置中，由于圆盘形的散热基板11的背面从外向内逐渐凹入，散热基板11的阶梯结构充分利用了驱动马达20的设置空间，因此整个波长转换装置的厚度(即，在图
5的左右方向上的总厚度)与具有平面圆盘散热基板的波长转换装置的厚度基本相同。换言之，散热基板11的非受光表面的中心部分由于向内凹入而形成了凹部，正好可以将具有一定厚度的驱动马达20容纳在该凹部内。这里需要再次说明的是，为了图示清楚，在各附图中，散热基板、波长转换模块的厚度与驱动马达的厚度的并不是按照真实比例图示的。
5的左右方向上的总厚度)与具有平面圆盘散热基板的波长转换装置的厚度基本相同。换言之，散热基板11的非受光表面的中心部分由于向内凹入而形成了凹部，正好可以将具有一定厚度的驱动马达20容纳在该凹部内。这里需要再次说明的是，为了图示清楚，在各附图中，散热基板、波长转换模块的厚度与驱动马达的厚度的并不是按照真实比例图示的。
[0049] 除了上述区别之外，据本发明的第二实施例的波长转换装置可以具有第一实施例的波长转换装置的上述各种结构、功能和变化。
[0050] 例如，图6示出了根据本发明的第二实施例的波长转换装置的变型例。如图6所示，在散热基板11的背面的与波长转换模块30相对的位置处设置有散热鳍片40。散热鳍片40进一步增加了散热基板11与散热介质(例如，空气)的接触面积，从而能够提高散热效率。
[0051] 第三实施例
[0052] 图7示出了根据本发明的第三实施例的波长转换装置的侧视图。根据本实施例的波长转换装置包括散热基板12、驱动马达20和波长转换模块30。为了图示方便，图7中仅示出了四个波长转换模块30。如图7所示，根据本实施例的波长转换装置与图6所示的第二实施例的波长转换装置的区别在于：散热基板12具有受光表面(正面)从外向内逐渐凹入再逐渐凸起，并且非受光表面(背面)从外向内逐渐凸起再逐渐凹入的中心对称的阶梯结构。换言之，本实施例中的散热基板12具有W形横截面。
[0053] 在此实施例中，由于散热基板具有W形结构，因此能够进一步增大散热基板的散热面积，能够获得更加良好的散热效果。
[0054] 应当理解地，在本实施例中，散热基板也可以设置为与图7中所示的W形结构相反，即，受光表面(正面)从外向内逐渐凸起再逐渐凹入，并且非受光表面(背面)从外向内逐渐凹入再逐渐凸起的中心对称的阶梯结构。此外，根据图7所示的结构，本领域技术人员显然也可以根据需要将散热基板设置为具有更多凹凸起伏的波浪状的阶梯结构。
[0055] 另外，图7中示出了散热基板12设置有散热鳍片40。但应当理解的是，散热鳍片40不是必需的。这里需要再次说明的是，为了图示清楚，在各附图中，散热基板、波长转换模块的厚度与驱动马达的厚度的并不是按照真实比例图示的。
[0056] 除了上述区别之外，据本发明的第三实施例的波长转换装置可以具有前述实施例相同或相似的各种结构、功能和变化。
[0057] 上文中已经参照附图说明了根据本发明的波长转换装置的具体实施例，但应当理解的是，本发明的波长转换装置不限于上述具体实施例，而是可以具有其它的变型。例如，在根据本发明的第一实施例至第三实施例的波长转换装置中，在具有阶梯结构的散热基板10至12的未设置有波长转换模块30的台阶侧壁(在图2、4、5～7中，散热基板沿水平延伸的部分)可以打有多个散热孔和/或额外地设置散热鳍片，以进一步提高散热基板的散热性能，降低各波长转换模块的发热对相邻的波长转换模块的影响。例如，也可以根据需要，仅使散热基板的受光表面具有阶梯结构，而非受光表面保持为处于同一平面。另外，在本发明的不同实施例中公开的特征和结构可以在不违背本发明的主旨的前提下进行各种组合。
[0058] 尽管在上面已经参照附图说明了根据本发明的波长转换模块，但是本发明不限于此，且本领域技术人员应理解，在不偏离本发明随附权利要求书限定的实质或范围的情况下，可以做出各种改变、组合、次组合以及变型。
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